Login Form



Czytaj także -

Aktualne wydanie

Okladka SS-04-2018

20180123-BANNER-160X600-V3-PL FENSTERBAUEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

konferencja 12 kwietnia 2018 1a

baner-2-krzywe

baner konferencja 12 2017

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

swiat szkla 750x100 2

 

sacroexpo 468x60 

Badania punktowych połączeń klejonych w konstrukcjach fasad metalowo-szklanych
Data dodania: 28.01.09

 

Przedstawione w niniejszym artykule badania zwracają uwagę na możliwość zastępowania punktowych połączeń mechanicznych w konstrukcjach elewacji budynków połączeniami klejonymi. Przedstawiona analiza połączeń klejonych, na bazie niszczących badań ścinających i rozrywających, wskazuje na problem odkształceń i przemieszczeń okładziny względem okucia, a co za tym idzie, bezpieczeństwa stosowania takich rozwiązań oraz wynikających ze specyfiki spoiwa ograniczeń, co do dopuszczalnych naprężeń w połączeniu.

 

Wiadomości ogólne o ścianach osłonowych
Historia metalowych ścian osłonowych jest nierozerwalnie związana z historią okien. Na początku XX wieku zaczęto stosować profile z metalu odpornego na wilgoć i przenoszące obciążenia od dużych tafli szkła. Możliwy stał się montaż dużych tafli szkła, dzięki temu uzyskano większy dostęp światła i powietrza do wnętrza pomieszczeń. Kolejnymi krokami w rozwoju konstrukcji fasad było zastosowanie w 1930 r. profili aluminiowych w budownictwie i późniejsza ich modyfikacja poprzez wprowadzenie profili izolowanych termicznie oraz ogólny postęp techniczny w produkcji szkła.

 

30-fot1
 

                                      
30-fot2
 

Fot. 1-2. Obecnie stosowane połączenia punktowe i rotula (mocowanie mechaniczne bez udziału skleiny) do mocowania szkła

 

 

W Polsce pierwsze próby stosowania lekkich ścian osłonowych sięgają lat sześćdziesiątych ub. w. Konstrukcję nośną stanowił szkielet metalowy. Wypełnienie było wykonane z materiałów izolacyjnych (styropian, wata szklana), okładzinowych (azbestocement, szkło zbrojone, blacha), uszczelniających oraz okien, przeważnie drewnianych. Próby te zakończyły się niepowodzeniem. Ściany przemarzały zimą, a w lecie następowało przegrzewanie pomieszczeń, korozja szkieletu i degradacja materiałów izolacyjnych.

 

Duży postęp umożliwiły przemiany gospodarcze i polityczne zapoczątkowane w roku 1989, które spowodowały rozwój tego typu konstrukcji w Polsce. Przestała istnieć bariera materiałowa, powstało ogromne zapotrzebowanie na trwałe i o wysokich walorach estetycznych przegrody. Zaczęto stosować fasady z dużymi powierzchniami przeszklonymi, jednocześnie zapewniające komfort cieplny i akustyczny dla budynku.

 

Ściany osłonowe stają się coraz ważniejszym i coraz bardziej kosztownym elementem budynku wysokiego. Trudności rosną wraz z potrzebami użytkowników budynku i wymaganiami architektonicznymi. Poprzez wymagania funkcjonalne dochodzimy do coraz to nowych rozwiązań konstrukcyjnych, mogących sprostać potrzebom wizualnym i technicznym fasady budynku.

 

Najważniejsze zagadnienia na jakie należy zwrócić uwagę przy projektowaniu choćby najmniejszych detali w fasadzie osłonowej to przede wszystkim:

dobra ocena wartości parcia i ssania wiatru na znacznych wysokościach mocowania okładziny (szkło, kamień, tworzywa poliwęglowe i polimerowe);
projektowanie konstrukcji z założeniem wieloletniej szczelności i trwałości połączeń pomiędzy elementami okładzinowymi ze względu na oddziaływania od wiatru, wilgoci, przemarzania;
uwzględnienie znacznych wychyleń budowli wieżowych, a co za tym idzie, elastyczności połączeń pomiędzy elementami fasady;
uwzględnienie coraz większej i bardziej czytelnej ekspozycji ścian, co jest związane bezpośrednio z atrakcyjnością budynków dla późniejszych użytkowników;
ograniczanie widocznych na zewnątrz elementów konstrukcyjnych, mocujących zewnętrzną powłokę ściany osłonowej do budynku;
odpowiednia izolacyjność termiczna i akustyczna;
funkcjonalność związaną z samozmywalnością, nasłonecznieniem czy gromadzeniem energii;
stopień prefabrykacji elementów fasady, a co za tym idzie, szybkość montażu, pozwalająca w jak najkrótszym czasie zamknąć bryłę budynku;
sprostanie oczekiwaniom architekta co do sposobu mocowania, wyglądu okuć i faktury zewnętrznej ściany.

 

Podstawowym obszarem zastosowań lekkich ścian osłonowych aluminiowych są budynki użyteczności publicznej. Najbardziej popularne typy budowli z zastosowaniami ścian metalowo-szklanych to obiekty administracyjne, hotele, banki. Główne zalety tego typu ścian to łatwość dostosowania do konstrukcji i duża gama rozwiązań konstrukcyjnych, pozwalających na realizację każdego pomysłu architekta. Są ściany o widocznym szkielecie konstrukcyjnym z pasami przeziernymi i nieprzeziernymi, są ściany całoszklane z niewidocznymi elementami szkieletu nośnego. Istnieją ściany dwupowłokowe, pozwalające lepiej kształtować mikroklimat wewnątrz pomieszczeń oraz wiele innych rozwiązań.



Ważną zaletą ścian osłonowych jest ich niewielki ciężar przypadający na 1 m2 powierzchni, który z reguły wynosi 0,6-0,8 kN/m2 oraz liczne walory estetyczne kształtowania elewacji budynku.



Ściana może posiadać całą gamę różnego rodzaju wypełnień jak: szkło, kamień, panele izolacyjne z różnymi okładzinami. Niemniej ważną zaletą ścian osłonowych jest ich bardzo szybki montaż, pozwalający w krótkim terminie i niezależnie od warunków atmosferycznych na wykonanie stanu surowego, zamkniętego. Zapotrzebowanie na te rozwiązania powoduje ich dynamiczny rozwój pod względem ilościowym, ale także jakościowym.



Ściany osłonowe powinny być elementami prefabrykowanymi. Celowe jest projektowanie jak najmniejszej liczby typów elementów, pozwalające na uproszczenie montażu na budowie.

 

Opis badań, rodzaje próbek, stanowisko robocze

Rodzaj analizowanych połączeń klejonych
Z powyższych wiadomości wstępnych widać jak bogaty w rozwiązania jest rynek fasad metalowo-szklanych i jak ważną rolę odgrywają w nim połączenia.



Bowiem z uwagi na sposób mocowania okładziny do konstrukcji rozróżnia się poszczególne typy ścian osłonowych, a wybór właściwego połączenia okładziny z konstrukcją decyduje o powodzeniu założonego przedsięwzięcia budowlanego. Z całej gamy połączeń skupiliśmy się na mocowaniu szkła do konstrukcji poprzez klejone połączenia punktowe.



Prezentowane i wykorzystywane obecnie na rynku rozwiązania bazują na połączeniach klejonych z udziałem metalowego czpienia we wszystkich odmianach połączenia. Na obecnym etapie badań skupiono się na pracy takiego połączenia przy udziale samej skleiny. Głównym celem badań było określenie przydatności takiego typu połączeń dla nowoczesnych rozwiązań metalowo-szklanych ścian osłonowych.



Sposób realizacji badań Połączenia analizowano przy udziale obciążeń statycznych, a typy rozpatrywanych modeli analizowano z uwagi na typowy schemat pracy połączenia dla fasady metalowo-szklanej. Podstawowym kryterium było obciążenie połączenia z uwagi na ścięcie skleiny dla pionowo zamontowanych elementów okładzinowych fasady. Decydującą rolę w takim schemacie połączenia odgrywa naprężenie ścinające z mimośrodowym zginaniem połączenia powodującym rozwarstwienia spoiwa.



Drugim schematem zniszczenia uwzględnianym w badaniach była możliwość oderwania się okładziny od wieszaka na skutek ssania wiatru lub ciężaru podwieszonego elementu (dla podwieszeń okładzin elewacji).

Do badań użyto kleju konstrukcyjnego o specyfikacji „895” i „993” odpowiednio jedno- i dwuskładnikowego. Kleje te produkowane są przez koncern DOW CORNING.


Podczas badań, oprócz pomiaru siły przyłożonej do połączenia, badano jego odkształcenie. W tego rodzaju konstrukcjach odkształcenie jest nie tylko najistotniejszym składnikiem stanu granicznego użytkowania fasady metalowo-szklanej ale i czynnikiem pozwalającym na kompensację wpływów od przegrzewającej się okładziny. Możliwość uzyskiwania dość znacznych odkształceń dla tego typu połączeń (do kilku milimetrów) powoduje, że zastępują one w części konieczność wykonywania częstych dylatacji w konstrukcji fasady, z uwagi na możliwość nagrzewania się jej elementów nawet do 90oC.



Badania przeprowadzono w laboratorium Instytutu Konstrukcji Budowlanych Politechniki Warszawskiej, na stanowisku badań wytrzymałościowych. Jednostką centralną procesu sterowania badaniami był komputer, zespolony z aparaturą pomiarową i sterującą obciążeniami prasy.

 


   

Fot. 3-4. Połączenia punktowe rozciągane i ścinane podczas pracy

 

Wyniki pomiarów i ich przebieg
Omawiając połączenia ścinane należy zwrócić uwagę na znaczne odkształcenia połączeń, które dyskwalifikują większe wartości siły uzyskiwane podczas badania. Połączenia ścinanie uzyskiwały jednostkową siłę ścinającą (siłę niszczącą) na poziomie 3,5-4,0 kN. Jest to jednak siła, która generowała odkształcenia dochodzące do 70-80% w połączeniu.



W budownictwie nie możemy sobie pozwolić na tak znaczne przemieszczenia. Następnym kryterium dyskwalifikującym połączenie przy siłach rzędu 0,7-0,8 siły niszczącej było pełzanie połączeń z przyrostami 0,05-0,20 mm w ciągu 15 min. Z tego względu ograniczono wartości maksymalnych naprężeń dopuszczalnych w tego typu połączeniach do odkształceń poniżej 30%. Przy takim ograniczeniu odkształceń wyznaczono dopuszczalną wartość naprężenia ścinającego do 0,6 MPa. Ta reguła potwierdzała się dla połączeń o sposobie zniszczenia wewnątrz skleiny (oderwanie się skleiny od metalu bądź szkła traktowano jako błąd badanego modelu).



Te same problemy napotkano przy analizie połączeń z podłużną siłą rozrywającą. Wartości siły niszczącej określono na poziomie 3,5-4,0 kN, przy odkształceniu około 80%. Wartość siły dopuszczalnej, nie przekraczającej 30% odkształcenia połączenia przyjęto również na poziomie 0,6 MPa. Tę wartość, zarówno dla połączeń ścinanych jak i rozciąganych, przyjęto z uwagi na zaobserwowany zanik pełzania, który przy większych wartościach naprężeń wyraźnie się nasilał. Z drugiej strony dość znaczna wartość odkształceń (30% przy siłach spełniających hipotetyczny warunek nośności) umożliwia kompensację wpływów od odkształceń termicznych warstw okładzinowych i konstrukcji wsporczej fasady.

 

Badając połączenia w temperaturze +80oC (±5oC) otrzymano takie same wartości odkształceń i naprężeń, a wartości 0,6 MPa pozostały niezmienione dla granicy 30% odkształcenia w połączeniach przy niezauważalnych efektach płynięcia skleiny. Oczekiwano, że klej w takiej podwyższonej temperaturze będzie szybciej wiązał, a sama skleina łatwiej będzie ulegała procesom pełzania. Jednak na tym poziomie badań nie stwierdzono, by przegrzewanie połączenia klejonego do temperatury około 100oC i obciążenie go w temperaturze 80oC wpływało istotnie na nośność i zmianę charakteru pracy skleiny.



Przeciwnie, bo w dwóch modelach badawczych uzyskano jeszcze większe wartości siły niszczącej (4,35 i 4,28 kN). Niezauważalne były również odstępstwa dla modeli poddanych wielokrotnemu ogrzaniu i wychłodzeniu. Zbierając dotychczas opracowane wyniki należy stwierdzić, że przy restrykcyjnym i całkowitym przestrzeganiu wytycznych odnośnie procesu klejenia takich połączeń, są one dobrym rozwiązaniem.



Gwarantują estetyczny wygląd fasady, zapewniają bezpieczeństwo użytkowania i pozwalają na przeobrażenie żmudnego procesu montażu fasady pod względem technologii składania i czasu realizacji inwestycji w sposób bardziej przyjazny inwestorowi. Część prac przenosi się do wytwórni prefabrykatów, wyposażając okładziny w okucia na halach produkcyjnych. Ograniczenie w naprężeniach ze względu na długotrwałe procesy powoduje ograniczenia w gabarytach okładzin. Wobec tego podczas realizacji badań opracowywano inne możliwe do spełnienia warianty mocowania elementów okuć do szkła.



By zwiększyć powierzchnię styku szkła z konstrukcją podtrzymującą racjonalne jest stosowanie sklein obwodowych, na brzegach okładziny. Jest to możliwe w wielu typach fasad wymienionych w niniejszym opracowaniu. Zagadnienia tego typu połączeń są cały czas badane a decydującą rolę będą grały wpływy na nośność od zjawisk pełzania, relaksacji czy starzenia się takich połączeń. Zjawiskiem, które również należy w tego typu konstrukcjach uwzględnić, jest histereza obciążenia. Bez dokładnego poznania zjawisk związanych z procesami długotrwałymi nie można mówić o bezpiecznym projektowaniu i użytkowaniu tego typu połączeń.



prof. dr hab. inż. W. Żółtowski, mgr inż. M. Cwyl
Politechnika Warszawska



LITERATURA
Bródka J., Łubiński M., 1971. Lekkie konstrukcje stalowe. Warszawa, Arkady.
Żółtowski W., Łubiński M., 2003. Konstrukcje metalowe. Część I. Warszawa, Arkady.
Żółtowski W., Cwyl M., 2003. Metody inżynierskich obliczeń konstrukcji ze stopów aluminiowych, na bazie konstrukcji fasad słupowo-ryglowych. Warszawa, „Murator PLUS”.
REYNAERS Aluminium, Katalog dla architektów i projektantów, Piaseczno, Reynaers Polska.

 

patrz też:

- Badania mocowania punktowego szkła, Artur Piekarczuk, Świat Szkła 9/2010

Oszklenia mocowane punktowo - wymagania, metody badań i oceny , Krzysztof Mateja, Świat Szkła 9/2010

-  Szkło mocowane mechanicznie Część 2 , Robert Sienkiewicz, Świat Szkła 5/2010  

- Szkło mocowane mechanicznie Część 1 , Robert Sienkiewicz, Świat Szkła 4/2010  

- Analiza numeryczna konstrukcji szklanych mocowanych punktowo Cz. 2, Barbara Szczerbal, Dariusz Włochal, Adam Glema, Tomasz Łodygowski, Świat Szkła 6/2009 

- Analiza numeryczna konstrukcji szklanych mocowanych punktowo Cz. 1, Barbara Szczerbal, Dariusz Włochal, Adam Glema, Tomasz Łodygowski, Świat Szkła 4/2009  

- Badanie doświadczalne konstrukcji szklanych mocowanych punktowo, Barbara Szczerbal, Dariusz Włochal, Adam Glema, Tomasz Łodygowski, Świat Szkła 3/2009   

- Łączniki do punktowego mocowania szkła Cz. 3, Zbigniew Czajka, Świat Szkła 3/2009 

Konstrukcje wsporcze fasad szklanych , Jan Gierczak, Świat Szkła 2/2009   

- Projektowanie szklanych konstrukcji mocowanych punktowo, Barbara Szczerbal, Dariusz Włochal, Adam Glema, Tomasz Łodygowski, Świat Szkła 2/2009    

- Łączniki do mechanicznego mocowania szklanych elewacji Cz. 2, Zbigniew Czajka, Świat Szkła 2/2009   

- Łączniki punktowe w szklanych konstrukcjach, Barbara Szczerbal, Dariusz Włochal, Adam Glema, Tomasz Łodygowski, Świat Szkła 1/2009    

- Stosowanie mas uszczelniających do fasad, Szymon Nadzieja, Świat Szkła 9/2008

- Łączniki do mechanicznego mocowania szklanych elewacji Cz. 1, Zbigniew Czajka, Świat Szkła 6/2008

- Specyfika połączeń metalowo-szklanych i metody analizy, Maciej Cwyl, Świat Szkła 4/2008

- Rozwój fasad budynków reprezentacyjnych w oparciu o konstrukcje cięgnowe, Maciej Cwyl, Świat Szkła 2/2008 

- Konstrukcje cięgnowe w budownictwie wielkopowierzchniowym, Maciej Cwyl, Świat Szkła 11/2007

- Podstawy projektowania przeszkleń mocowanych punktowo, Marek Czupkiewicz, Świat Szkła 7-8/2007

- Wymagania techniczne i kryteria oceny ścian osłonowych wg PN-EN 13830 Cz.1, Krzysztof Mateja, Świat Szkła 4/2007 

- Silikony w mocowania punktowych i liniowych, Tomasz Wierzchowski, Świat Szkła 1/2007 

Modelowanie i analiza połączeń punktowych, Marcin Cwyl, Leszek Kwaśniewski, Wojciech Żurawski, Świat Szkła 10/2006 

- Badania punktowych połączeń klejonych w konstrukcjach fasad metalowo-szklanych, Marcin Cwyl, Wojciech Żurawski, Świat Szkła 7-8/2006 

- Fasada w "optyce łuskowej" , Świat Szkła 2/2006

- Mocowania punktowe jako takie, Maksymilian Rejman Novaglas , Świat Szkła 12/2005 

- Mocowania punktowe – utrzymają wiele, Gerhard Bertsch Langle Glas, Świat Szkła 11/2005

- Delikatne formy budowlane, Franz-Jörg Dall, Świat Szkła 9/2005

- Ściany osłonowe z oszkleniem mocowanym mechanicznie Cz. 2, Artur Piekarczuk, Świat Szkła 6/2005

- Ściany osłonowe z oszkleniem mocowanym mechanicznie Cz. 1, Artur Piekarczuk, Świat Szkła 5/2005

- POLIEDRA SKY GLASS fasada z punktowym mocowaniem szkła, METRA, Świat Szkła 3/2005

- Polski rodowód, GLASS-MAL, Świat Szkła 3/2005

Bezramowe przekrycia i fasady szklane, Jan Gierczyk, Świat Szkła 10/2004

- Sprawdzone narzędzia, GUARDIAN, Świat Szkła 9/2004

- Połączenia w elewacjach szklanych, Jan Gierczak, Świat Szkła 6/2004

- Uwarunkowania techniczne projektowania i realizacji, Marcin Brzezicki, Świat Szkła 6/2004

- KDG w Warszawie, Krzysztof Sznajder, Maria Białoskórska POLRING-GLAS Świat Szkła 5/2004
 
- Pierwsza wrocławska podwójna fasada, Marcin Brzezicki, Magdalena Baborska-Narożny, Świat Szkła 5/2004

- Oszklenie mocowane mechanicznie – znak czasu, Bartosz Stasieńko Jordahl-Pfeifer, Świat Szkła 4/2004

- SPINIG – punktowe mocowanie szkła, GLASS-MAL, Świat Szkła 4/2004

- Przegrody z oszkleniem mocowanym punktowo, Krzysztof Mateja, Świat Szkła 12/2003

- Kopuła nad BLUE CITY, Jadwiga Wrzesińska , Świat Szkła 12/2003

- STRUCTURA system mocowania punktowego, Glaverbel, Świat Szkła 12/2003

- Planar – nowa śruba,  Świat Szkła 12/2002

- Okucia punktowe DORMA,  Świat Szkła 7/2002

- Szklane ściany mocowane mechanicznie  Cz. 3, Jolanta Lessig, Świat Szkła 4/2002

- Szklane ściany mocowane mechanicznie Cz. 2, Jolanta Lessig, Świat Szkła 2-3/2002

- Szklane ściany mocowane mechanicznie Cz. 1, Jolanta Lessig, Świat Szkła 1/2002

 

więcej informacji: Świat Szkła 7-8/2006

 

Czytaj także --

 

 

01 chik
01 chik